基于多径路由的实时业务的无线多跳接入技术研究与实现

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随着信息技术的不断发展,人们对移动通信的需求越来越强。移动Ad hoc网络具有无中心基础设施和允许节点任意移动等特性,尤其适用于缺乏有线网络、需要进行网络快速部署或动态重配置的应用情形,因此对于应急通信及军用网有着特殊意义,例如可以在消防现场,通过布置一个临时的Ad hoc网络,通过消防员身上的背负式终端,将现场视频实时的通过无线网络多跳传输到指挥中心,便于及时、准确掌握现场火灾态势,提高快速反应能力,最大限度地减少损失。本文在介绍Ad Hoc网络的基础上,对Ad Hoc网络的多径路由技术进行分析,并按利用多径路由进行传输的方式,将多径路由分为两类:一种是同时在备份路径上传输相同的数据包,或者采用一条作为主路径,主路径失效,再选用一条备份路径取代,称之为备份(冗余)式多径传输,另外一种是同时使用多条路径来发送不同的数据,称之为并发式多径传输。经研究表明:同时在备份路径上传输相同数据包的备份(冗余)式多径传输在链路质量好的的情况会产生过多的冗余分组导致效率太低,而并发式多径传输在链路质量差的情况需要通过发送大量的冗余分组来提高端到端的可靠传输。因此,以上两种多径传输方式在实现“实时业务无线多跳接入”需求时都存在一定的性能缺陷。为此,本文提出一种新的多路径传输方案:协作式多径传输。通过多条路径上的中间节点的协作来提高端到端的成功投递率,减少冗余和中间节点所需转发的分组数,减少队列长度,从而减少端到端的延时。并针对4个节点的简单网络拓扑,对备份式多径传输、并发式多径传输、协作式多径传输性能进行理论分析和推导,对不同中间节点间链路质量情况下端到端成功投递率和端到端平均发送分组数进行比较,研究表明:在协作节点间链路质量较好,可以进行正确协作的情况下,协作式多径传输拥有比并发式多径传输更好的端到端成功投递率,并且可以比其他两种多径传输发送(转发)更少的冗余分组。最后,本文将协作式多径传输应用于实际网络中。在802.11无线路由器上,搭建了一个基于动态源路由协议(DSR)的网络平台,通过链路状态广播的形式实现了链路质量估计,并在这基础上实现了并发式多径传输,通过引入多播机制和在数据分组中指定协作节点的方式实现了协作式多径传输,进行了室内实际测试,并与并发式多径传输进行实测对比,发现在链路质量较好时,可以进行较好的协作,并降低了端到端丢包率。最后根据测试结果提出了下一步的研究方向。
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